水平井的中靶分析

在水平井入靶前或水平段钻井过程中，确定待钻井段井斜角和方位角的控制范围是保证水平井中靶和轨迹控制精度的关键，也是水平井井眼轨迹监控的一项重要内容。使用局部坐标变换的方法，通过对几种不同钻井条件的极值分析，得到了水平井中靶井斜角和方位角的控制范围以及中靶横向偏差和纵向偏差的理论计算公式。可应用于水平井井眼轨道设计、井身质量评价、实钻轨迹控制等。     

空间圆弧轨迹的矢量描述技术

为了简化空间圆弧轨迹上任一点井身参数的计算公式,对空间圆弧模型的矢量描述方法进行了研究。以矢量代数为基本的数学工具,从圆弧的基本数学属性和装置角的定义出发,建立了空间圆弧轨迹的矢量描述法。推导出了两套空间圆弧轨迹上任一点的井眼方向矢量、圆弧内法线矢量、矢径等矢量的计算公式,和井斜角、方位角、装置角、定向方位角等参数的计算公式。其中一套公式以圆弧曲率和初始装置角为基本参数,另一套公式以井段两端的井深、井斜角、方位角为基本参数。提出了同时使用装置角的正弦值和余弦值来正确计算装置角的新规则。研究结果表明,提出的新计算公式不仅形式上更加简洁,具有几何直观性,而且可以极大地简化井眼轨迹监控、中靶分析、邻井防碰等计算问题的理论公式推导过程;在软件开发中更易于编程实现,便于代码维护。     

井眼轨迹控制中过渡井段的研究

在定向钻井的钻进过程中,井眼轨迹控制非常重要,尤其是定向钻进阶段和水平井钻井的水平井段。在这些关键井段,为了精确控制井眼轨迹实现准确中靶,需充分考虑眼轨迹的几何姿态对底部钻具组合(BHA)力学特性的影响。此文通过定量计算,分析了在特定的井眼轨迹几何参数下的BHA力学特性,提出了一种分析过渡井段的方法,指导定向井井眼轨迹控制。     

最小二乘法在定向钻进中的数据拟合

定向钻进成功的关键在于按设计要求,较好地控制预定井段的井斜角和方位角。而目前使用的计算方法不能快速准确地预测井底轨迹参数。通过对井斜角、方位角、造斜率、井段长与造斜工具角的数据分析,采用最小二乘法原理,拟合出快速计算井底井斜角和方位角计算公式。结合实例,与通用定向井计算公式相比,井斜角最大误差为-0.036°,方位角最大误差为+0.02°。该计算式只涉及到初始角、井段长、钻具造斜率及定向工具角,且计算精度高,现场应用较为方便,提高了井底轨迹预测速度和防止定向钻进失误率,可指导定向钻井现场快速准确地预测井底参数。     

空间圆弧轨迹的井斜演化规律及控制模式

建立空间圆弧轨迹的井斜方程,得到空间圆弧轨迹所在斜平面姿态、空间圆弧轨迹井斜角极值等求解方法,揭示空间圆弧轨迹的井斜演化规律及控制模式。可分别由正演模型和反演模型计算出空间圆弧轨迹上任一点的井斜角和方位角、斜平面姿态的倾斜角和倾斜方位角以及轨迹井斜角极值点参数,正演模型和反演模型的计算结果完全相同。空间圆弧轨迹或其趋势线存在井斜角极值点,极小和极大井斜角点的井眼轨迹切线分别指向所在斜平面的下倾和上倾方向,两个极值点的弯曲角和方位角均相差180°。斜平面姿态参数、井斜角极值点参数与井段始点的井斜角和工具面角有关,与井段长度无关。对于空间圆弧轨迹,斜面倾角模式存在二义性,应使用工具面角或定向方位角控制模式。     

定向井钻井轨迹控制探讨

井眼轨迹控制是伴随定向井的产生而产生的,井眼轨迹控制的好坏直接关系到定向井能够顺利中靶,实现地质目标的需求,以五段制定向井为例对定向井钻井中直井段、增斜段、稳斜段和降斜段的井眼轨迹控制进行了深入探讨,对定向井施工人员具有一定的指导意义。     

定向井井眼轨迹的三维设计方法

本文介绍了2种设计三维定向井井眼轨迹的方法,即水平面投影法和空间斜平面法。水平面投影法适用于设计稳料变方位的三维定向井井眼轨迹,它是将定向井三维井眼所在的曲面展开后再投影到水平面上,进而根据水平投影图计算出当量水平位移。先在水平面上进行投影轨迹设计,然后扩展到铅垂面上,就是二维设计问题了。通过逐步逼近的办法设计出既能满足设计曲率的限制,又合乎打准目标要求的稳斜变方位的三维井眼轨迹。空间斜平面法适用于定向井增斜和降料变方位及三维侧钻井眼轨迹设计,它的基本作法是进行坐标变换,即通过1次坐标平移及3次分别就变方位开始点的方位角、井斜角和工具面角进行坐标旋转,把原来属于三维设计的问题转化为空间某一斜平面上的二维设计问题,从而大大简化了设计过程     

徐闻X3井井眼轨迹控制技术

徐闻X3井是一口部署在北部湾盆地迈陈凹陷区块的多靶点定向井, 也是中石化首口超高温超深四靶点定向探井,该井二开井段长达2 667 m,为大尺寸长裸眼井眼;三开实钻裸眼段长1 540 m。该地区地温梯度高,井深5 974 m电测温度为211 ℃,高温影响MWD仪器使用性能,下部井段只能依靠多点投测,井身轨迹控制具有滞后性。为实现徐闻X3井井眼轨迹的有效控制,该井直井段采用塔式钻具组合,长达2 028 m的直井段最大井斜角仅为1.39°,定向井段采用1.5°的单弯螺杆定向,稳斜井段采用满眼、微增钻具组合钻进。该井4个靶点均顺利中靶,实钻井眼轨迹达到设计要求,完钻井深6 010 m,完钻水平位移达2 017.22 m。该井的顺利完钻为同类井的施工提供了经验。     

大斜度定向井中靶评价方法

大斜度井采用多靶点定向钻井时,靶点评价常采用圆形靶区判断井眼轨迹是否中靶。利用测井软件评价钻井是否中靶时,方位数据经软件解编后数据插值不正确;缺少靶点评价所需的设计靶点方位和靶点位移;当井斜超过85°时,现有的算法不能准确评价是否中靶。针对以上问题,提出圆柱螺线插值方法,推导出设计靶方位和靶位移计算方法,研究适合井斜大于85°井的多靶点评价方法,并编写相应解释软件。实际应用表明该方法准确可靠,提高了大斜度定向井靶点评价的精度和工作效率。     

最小曲率法计算中的数值方法

最小曲率法是测斜计算、井眼轨道设计中最常用的方法之一,在井眼轨迹计算中有广泛的应用。研究了最小曲率法计算机数值计算中的几个细节问题,给出了零井斜角测点的方位角定义,阐述了零井斜角测点方位角的二义性。分析了坐标增量计算过程,给出了减小三角函数计算次数的算法。对小弯曲角情形的坐标计算使用高精度近似公式代替容易产生除法溢出的直接计算,提高了计算过程的稳定性和计算精度。对水平投影长度的计算给出了使用Gauss数值积分法的精确计算方法。文中提出的方法可以用于使用最小曲率法时的井眼轨道计算的计算机软件开发,提高计算机软件的计算稳定性和计算精度。对涉及井眼轨迹计算的其他实际问题如定向井中靶分析预测、井眼轨迹控制、井身质量检查等都有一定的参考价值。     

定向钻井造斜工具面控制方法研究与应用

在定向钻井中常常会遇到表层直井段不能打直且直井段井底井斜方位偏离目标井斜方位较远,二开定向造斜时定向井工程师一般直接朝着目标井斜方位定向,由于井眼惯性的影响使实钻轨迹不能很快贴近轨道设计方位。为了解决这个问题,在造斜点初始定向时不应按照设计方位定向,可提出科学的定向方法使实钻轨迹尽快贴近轨道设计方位,当接近目标井斜方位时再朝着目标井斜方位定向。根据"空间斜面圆弧"模型以及在直井段没有打直的情况下定向工具面的"全力扭方位"计算模型,并以BZ13-1A2井为实例,计算出定向工具面角并用landmark软件计算了各个定向工具面角对井眼轨迹控制的影响。实例计算结果表明:通过该方法,能够尽快使实钻轨迹贴近设计线,从而减小扭方位井段的长度,提高定向造斜效率和控制精度,同时减小丛式井防碰的潜在风险。     

定向钻井中方位角及其坐标的归化问题

随着油气勘探开发进程的不断深化,所钻遇的地质环境日趋复杂,对井眼轨迹监测与控制的要求越来越高。为有效地监测和控制井眼轨迹,必须将实钻轨迹和设计轨道归算到同一个坐标系内,这将涉及到磁偏角和子午线收敛角。文中介绍了磁偏角的测算原理和校正方法,论述了子午线收敛角的定义和计算方法,阐述了磁性测斜仪的测量原理,并重点研究讨论了方位角及坐标的归化方法。研究表明,国内的最大子午线收敛角在2°23’以上,这对于水平位移为1000 m的定向井,如果不考虑子午线收敛角的影响,井眼轨迹的计算结果在水平方向上将会产生超过41.68 m的位移误差。文中较系统地论述了方位角及其坐标归化的有关理论和方法,对提高井眼轨迹的监测精度和可靠性具有实用意义。     

定向井井眼轨迹不确定性分析

为了提高定向井井眼轨迹的控制精度,减小实钻定向井井眼轨迹误差,从井眼轨迹计算方法、测斜仪器精度、磁干扰、井斜方位角校正、测斜仪器轴向对中误差等方面进行了探讨。结合定向井施工中的实例数据分析,验证了定向井井眼轨迹误差主要来自于施工现场的测量数据误差,提出了可行的减小定向井井眼轨迹误差的现场操作方法,对定向井的现场施工具有一定的指导意义。     

地应力类型影响定向井井壁稳定的规律

定向井井周应力状态和井壁稳定性规律与直井有着明显的差别,开展地应力类型对定向井井壁稳定性的影响规律研究,对定向井井眼轨迹设计具有一定的指导作用。为此,根据正常、走滑和反转三种地应力类型,深入分析了定向井井斜角和井眼方位对井壁坍塌破坏的影响规律。结果表明：①随着井斜角的增加,正常和反转地应力类型的井壁稳定性逐渐变差,即直井比定向井或水平井井壁稳定性更好;②随着井斜角的增加,走滑地应力类型的井壁稳定性逐渐增强,即水平井井壁稳定性最好;③定向井钻井或完井过程中,井壁稳定的最优钻井方位与最大水平地应力方向的夹角按正常地应力、走滑地应力和反转地应力类型依次为90°、45°和0°。     

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钻井中，需要对将要钻达的下部地层深度进行预测，特别是在定向井的钻探过程中显得尤为重要。目前的井斜角、方位能不能满足钻达目标靶区的地质需要，或者地下地质情况（地层厚度、倾向、倾角）发生变化后钻井措施的相应改变，以及需要调整改变的钻井参数怎样确定等，都需要经过严密的计算和分析。文章对钻井轨迹和地质情况进行了分析，从地质层位的小层入手，对构造的走向、倾向、倾角，地层的真厚、铅直厚度，钻井的方位、井斜角、实钻地层厚度等参数进行了分析，在三维空间的基础上，建立了实钻的数学模型，明确了各参数间的关系。推导出的公式适用于包括定向井在内的钻井参数计算，可以在地层钻厚预测、深度对比，钻达目标靶区的水平位移及井斜角、方位角的调整，穿越储层厚度的计算及钻井参数的调整，目标靶区是否在气水界面以内及钻达预想海拔高程的钻井参数调整等多个方面进行运用，这对下步钻井达到地质目的具有重要的指导作用。     

空间圆弧轨迹的解析描述技术

空间圆弧作为一种典型的井眼轨迹组件,广泛应用于三维井眼轨道设计、实钻轨迹监测和滑动导向钻井轨迹控制等领域。分别基于井眼曲率及初始工具面角和井段两端点的基本轨迹参数来表征空间圆弧轨迹的形状和摆放姿态,建立了空间圆弧轨迹的两种描述方法即坐标转换法和矢量分析法,提出了两套空间圆弧轨迹参数的计算公式。这些计算公式在数学上是精确解,可计算空间圆弧轨迹上任一点的井斜角、方位角、空间坐标、工具面角、定向方位角等参数,并且它们都是井深或弯曲角的单值解析函数。对空间圆弧轨迹模型进行了系统地描述,形成了普遍适用的井眼轨迹内、外插值计算方法,可直接用于计算井眼轨迹的分点参数、外推预测井眼轨迹等,具有形式简明、方法实用等特点。此外,应用此研究成果,还可简化三维井眼轨道设计、邻井防碰扫描等设计与计算方法。应用实例验证了研究结果的科学性和适用性。     

定向钻井过程中不同测量间距导致的轨迹误差

常用的测斜计算方法拟合计算出的井眼轨迹与真实井眼轨迹之间存在着误差,该误差有可能导致井眼轨迹不符合设计要求,甚至引起井眼交碰等严重事故的发生,因而认识误差产生的原因并采取措施减小误差就显得十分重要。为此分析了定向钻井过程中不同测量间距（30 m、10 m）计算井眼轨迹曲率拟合轨迹曲线的误差情况,以及不同测量初始井深位置（N1、N1+10 m）的选择所导致的轨迹曲线的误差情况,并得出以下认识：选取适当测量间距（10 m）,可确保在一定长度测量间距内实现测斜计算结果与实钻轨迹的更精确吻合,从而减小测斜计算中井眼轨迹的误差。研究成果对定向井精确中靶、丛式井防碰具有一定的指导意义。     

大位移定向钻井工艺在PY10-8/5油田的应用

PY10-8/5大位移井是中海油在中国南海的重点难点项目。该大位移井项目中表层防碰,表层大尺寸井眼造斜,高稳斜角长位移井段作业提速和井下工具的磨损都严重制约了定向施工作业进程。在深入分析该项目定向钻井作业技术难点的基础上,参考国内外大位移井定向钻井技术,根据该区块的钻井经验进行了定向作业难点攻关优化。通过优化井眼轨道,优化钻具组合,使用并优选旋转导向钻井工具,模拟与实时跟踪分析作业工程参数,逐步形成了适合该大位移井项目的定向钻井作业配套技术。这些钻井工艺的应用使PY10-8/5大位移井项目得以顺利、高效、经济地完成,并对其他同类项目有一定的借鉴意义。